Active Fault Location Method for Power Supply System of Multi-terminal Undersea Observation Ring Networks

CHEN Ningting; HUANG Wentao; YANG Huanhong; FANG Shiyuan; YU Moduo; YANG Yong

doi:10.7500/AEPS20230306008

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Active Fault Location Method for Power Supply System of Multi-terminal Undersea Observation Ring Networks

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Active Fault Location Method for Power Supply System of Multi-terminal Undersea Observation Ring Networks
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 19, Pages: 147-155(2023)
- 作者机构：
  
  1.上海电力大学电气工程学院,上海市 200090
  2.电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学),上海市 200240
  3.船舶与海洋工程特种装备和动力系统国家工程研究中心,上海市 200030
  4.北京特种工程设计研究院,北京市 100028
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(5217070488)
- DOI：10.7500/AEPS20230306008
  CLC：
- Received：06 March 2023，
  
  Revised：2023-07-23，
  
  Published Online：14 August 2023，
  
  Published：10 October 2023
- 稿件说明：
移动端阅览
陈宁铤,黄文焘,杨欢红等.多端环型海底观测网供电系统故障主动定位方法[J].电力系统自动化,2023,47(19):147-155.

CHEN Ningting,HUANG Wentao,YANG Huanhong,et al.Active Fault Location Method for Power Supply System of Multi-terminal Undersea Observation Ring Networks[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(19):147-155.
陈宁铤,黄文焘,杨欢红等.多端环型海底观测网供电系统故障主动定位方法[J].电力系统自动化,2023,47(19):147-155. DOI： 10.7500/AEPS20230306008.

CHEN Ningting,HUANG Wentao,YANG Huanhong,et al.Active Fault Location Method for Power Supply System of Multi-terminal Undersea Observation Ring Networks[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(19):147-155. DOI： 10.7500/AEPS20230306008.

摘要

多端环型海底观测网供电系统量测节点与数据有限，难以准确定位故障分支和故障点，给系统修复带来了极大的困难。文中提出了基于附加量测节点的故障主动定位方法

根据海底观测网的多端环型结构特点，计算端对端最长连通路径，并基于环网分解点，确定数量最小化的附加量测节点位置。对原有和附加量测节点进行编号，依次选择不同量测节点计算供电系统所有节点电压。利用电压差搜索建立故障位置判断矩阵，对矩阵元素取算术平均值降低误差影响，得到精确的故障位置。建立“海王星”海底观测网PSCAD/EMTDC仿真模型，验证了所提方法的有效性和准确性。

Abstract

Due to the limited measurement nodes and data of the power supply system in the multi-terminal undersea observation ring networks

it is difficult to accurately locate the faulty branch and the fault

which brings great difficulties and time costs to system repairs. This paper proposes an active fault location method based on additional measurement nodes. According to the multi-terminal structure characteristics of the undersea observation ring networks

the longest end-to-end connection path is calculated. The positions of the minimum number of additional measurement nodes are determined based on the decomposition points of the ring networks. The original and additional measurement nodes are numbered

and different measurement nodes are selected in turn to calculate the voltage of all nodes in the power supply system. Using the voltage difference to search and establish the fault location judgment matrix

the arithmetic average of matrix elements is obtained to reduce the errors

so as to obtain the accurate fault location. The simulation model of NEPTUNE undersea observation networks is established in PSCAD/EMTDC to verify the effectiveness and accuracy of the proposed method.

关键词

Keywords

references

MOCHIZUKI M ， UEHIRA K ， KANAZAWA T ， et al . S-net project： performance of a large-scale seafloor observation network for preventing and reducing seismic and tsunami disasters ［C］// 2018 OCEANS-MTS/IEEE Kobe Techno-Oceans （OTO）， May 28-31 ， 2018 ， Kobe， Japan ： 1 - 4 .

冯迎宾 . 海底观测网能源供给方法及故障定位技术研究［D］. 北京：中国科学院大学， 2014 .

FENG Yingbin . Research on energy supply method and fault location technology of submarine observation network ［D］. Beijing ： University of Chinese Academy of Sciences ， 2014 .

GEISLER I ， UNDERWOOD D ， KARRA K ， et al . Design of a transoceanic cable protection system ［C］// 2016 IEEE Systems and Information Engineering Design Symposium （SIEDS）， April 29-29 ， 2016 ， Charlottesville， USA ： 153 - 158 .

董新洲，葛耀中，贺家李，等 . 输电线路行波保护的现状与展望［J］. 电力系统自动化， 2000 ， 24 （ 10 ）： 56 - 61 .

DONG Xinzhou ， GE Yaozhong ， HE Jiali ， et al . Status quo and prospect of travelling waves protection of transmission lines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2000 ， 24 （ 10 ）： 56 - 61 .

张艳霞，王海东，李婷，等 . LCC-VSC混合直流输电线路的组合型单端故障定位方法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 21 ）： 187 - 194 .

ZHANG Yanxia ， WANG Haidong ， LI Ting ， et al . Combined single-end fault location method for LCC-VSC hybrid HVDC transmission line ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 21 ）： 187 - 194 .

高淑萍，索南加乐，宋国兵，等 . 基于分布参数模型的直流输电线路故障测距方法［J］. 中国电机工程学报， 2010 ， 30 （ 13 ）： 75 - 80 .

GAO Shuping ， SUONAN Jiale ， SONG Guobing ， et al . Fault location method for HVDC transmission lines on the basis of the distributed parameter model ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2010 ， 30 （ 13 ）： 75 - 80 .

LU S ， EL-SHARKAWI M A . NEPTUNE power system： detection and location of switch malfunctions and high impedance faults ［C］// 2006 IEEE International Symposium on Industrial Electronics ， July 9-13 ， 2006 ， Montreal， Canada ： 1960 - 1965 .

王波，周昱勇 . 基于PMU的多端传输线路故障定位新方法［J］. 电力系统保护与控制， 2009 ， 37 （ 12 ）： 32 - 35 .

WANG Bo ， ZHOU Yuyong . A novel PMU-based fault location algorithm for multi-terminal transmission line ［J］. Power System Protection and Control ， 2009 ， 37 （ 12 ）： 32 - 35 .

束洪春，高峰，陈学允，等 . T型输电系统故障测距算法研究［J］. 中国电机工程学报， 1998 ， 18 （ 6 ）： 416 - 420 .

SHU Hongchun ， GAO Feng ， CHEN Xueyun ， et al . A study on accurate fault location algorithm of EHV T-connection to three terminals ［J］. Proceedings of the CSEE ， 1998 ， 18 （ 6 ）： 416 - 420 .

CHAN T ， LIU C C ， HOWE B M ， et al . Fault location for the NEPTUNE power system ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2007 ， 22 （ 2 ）： 522 - 531 .

KWON G Y ， LEE C K ， LEE G S ， et al . Offline fault localization technique on HVDC submarine cable via time-frequency domain reflectometry ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2017 ， 32 （ 3 ）： 1626 - 1635 .

曾祥君，毛宇，邓丰，等 . 基于多端行波时差的海底观测网故障定位方法［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 9 ）： 3280 - 3287 .

ZENG Xiangjun ， MAO Yu ， DENG Feng ， et al . Fault location method for seafloor observation network based on multi-terminal traveling wave time difference ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 9 ）： 3280 - 3287 .

林富洪，王增平，曾惠敏 . 基于测距函数相位特性的T型高压线路故障定位原理［J］. 中国电机工程学报， 2011 ， 31 （ 13 ）： 107 - 113 .

LIN Fuhong ， WANG Zengping ， ZENG Huimin . A novel fault location algorithm based on phase characteristics of fault location function for three-terminal transmission lines ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2011 ， 31 （ 13 ）： 107 - 113 .

王增平，林富洪，曾惠敏 . 利用匹配思想的T型线路准确故障定位新算法［J］. 高电压技术， 2009 ， 35 （ 10 ）： 2427 - 2433 .

WANG Zengping ， LIN Fuhong ， ZENG Huimin . Accurate fault location algorithm for three-terminal transmission lines using matching idea ［J］. High Voltage Engineering ， 2009 ， 35 （ 10 ）： 2427 - 2433 .

HOWE B M ， KIRKHAM H ， VORPERIAN V . Power system considerations for undersea observatories ［J］. IEEE Journal of Oceanic Engineering ， 2002 ， 27 （ 2 ）： 267 - 274 .

LU F ， ZHOU H Y ， YUE J G ， et al . Design of an undersea power system for the East China Sea experimental cabled seafloor observatory ［C］// 2013 OCEANS-San Diego ， September 23-27 ， 2013 ， San Diego， USA ： 1 - 6 .

吴捧锋 . 寻找图中两顶点间最长路径的算法设计［J］. 电脑编程技巧与维护， 2018 （ 7 ）： 43 - 45 .

WU Pengfeng . Algorithm design for finding the longest path between two vertices in a graph ［J］. Computer Programming Skills & Maintenance ， 2018 （ 7 ）： 43 - 45 .

EL FORJANI M ， HASHEM Z . Detection of fault location， monitoring and control in underwater power system ［C］// 2013 48th International Universities’ Power Engineering Conference （UPEC）， September 2-5 ， 2013 ， Dublin， Ireland ： 1 - 6 .

贾科，施志明，张旸，等 . 基于电缆早期故障区段定位的柔性直流配电系统保护方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 4 ）： 163 - 171 .

JIA Ke ， SHI Zhiming ， ZHANG Yang ， et al . Protection method for flexible DC distribution system based on cable incipient fault section location ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 4 ）： 163 - 171 .

樊强，赵西贝，赵成勇，等 . 模块化多电平换流器自适应故障限流控制策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 17 ）： 126 - 133 .

FAN Qiang ， ZHAO Xibei ， ZHAO Chengyong ， et al . Adaptive fault current limiting control strategy for modular multilevel converter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 17 ）： 126 - 133 .

丁然，梅军，管州，等 . 适用于MMC型直流变压器的直流故障主动限流控制方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 21 ）： 131 - 138 .

DING Ran ， MEI Jun ， GUAN Zhou ， et al . Active current limiting control method for DC fault of MMC based DC transformer ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 21 ）： 131 - 138 .

张磊祺，盛博杰，姜伟，等 . 基于电缆传递函数和信号上升时间的电力电缆局部放电在线定位方法［J］. 高电压技术， 2015 ， 41 （ 4 ）： 1204 - 1213 .

ZHANG Leiqi ， SHENG Bojie ， JIANG Wei ， et al . On-line power cable partial discharge localisation method based on cable transfer function and detected pulse rise-time ［J］. High Voltage Engineering ， 2015 ， 41 （ 4 ）： 1204 - 1213 .

梅军，张丙天，朱鹏飞，等 . 基于故障电流主动控制的柔性直流配电网故障定位方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 24 ）： 133 - 141 .

MEI Jun ， ZHANG Bingtian ， ZHU Pengfei ， et al . Fault location method of flexible DC distribution network based on active control of fault current ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 24 ）： 133 - 141 .

刘晓琴，王大志，江雪晨，等 . 利用行波到达时差关系的配电网故障定位算法［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 14 ）： 4109 - 4115 .

LIU Xiaoqin ， WANG Dazhi ， JIANG Xuechen ， et al . Fault location algorithm for distribution power network based on relationship in time difference of arrival of traveling wave ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 14 ）： 4109 - 4115 .

和敬涵，张明，罗国敏，等 . 一种利用故障暂态过程的柔性直流配电网故障测距方法［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 3 ）： 985 - 992 .

HE Jinghan ， ZHANG Ming ， LUO Guomin ， et al . A fault location method for flexible DC distribution network based on fault transient process ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 3 ）： 985 - 992 .

施世鸿，何奔腾，张武军 . T型高压输电线路故障测距［J］. 中国电机工程学报， 2008 ， 28 （ 25 ）： 105 - 110 .

SHI Shihong ， HE Benteng ， ZHANG Wujun . Fault location for HV three-terminal transmission lines ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2008 ， 28 （ 25 ）： 105 - 110 .

李胜芳，范春菊，郁惟镛 . T型支接线路的自适应故障测距算法［J］. 电工技术学报， 2004 ， 19 （ 10 ）： 59 - 64 .

LI Shengfang ， FAN Chunju ， YU Weiyong . Adaptive fault location method for three-terminal transmission line ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2004 ， 19 （ 10 ）： 59 - 64 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Detection and Location Method of Single-phase-to-ground Fault in Distribution Network Based on Zero-sequence Transient Fault Component

Frequency Characteristics Based Location of Single-phase-to-ground Fault Area on Rotor Side of Variable-speed Pumped Storage Unit

Fast Fault Back-tracing Method for Large-scale Complex Distribution Networks Based on Dynamic Graph Projection

Related Author

LI Lin

GAO Houlei

YUAN Tong

PENG Fang

XING Kai

GUI Lin

ZHANG Qixue

WANG Kai

Related Institution

School of Electrical Engineering, Shandong University

State Key Laboratory of Power System Operation and Control (Tsinghua University)

NR Electric Co., Ltd.

State Grid Corporation of China

School of Electrical and Information Engineering, Jiangsu University

⁰